เปลี่ยน ‘ถุงมือยาง’ เป็นวัสดุ ‘ดักจับคาร์บอน’ อัปไซเคิลขยะการแพทย์สู่เครื่องมือต่อสู้โลกเดือด
KEY POINTS
- นักวิจัยพัฒนานวัตกรรมเปลี่ยนขยะถุงมือยางไนไตรล์ให้เป็นวัสดุดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อแก้ปัญหาขยะทางการแพทย์และภาวะโลกเดือด
- กระบวนการทางเคมีใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาดัดแปลงโครงสร้างยาง โดยเปลี่ยนกลุ่มไนไตรล์ให้เป็นกลุ่มเอมีน ซึ่งมีคุณสมบัติดักจับคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
- วัสดุใหม่นี้สามารถฟื้นฟูสภาพเพื่อนำกลับมาใช้ซ้ำได้ แต่ยังอยู่ในขั้นทดลองและมีความท้าทายด้านต้นทุนของตัวเร่งปฏิกิริยาและการขยายขนาดการผลิต
ในแต่ละปี “ถุงมือยางไนไตรล์” ถูกผลิตมากกว่า 100,000 ล้านคู่ทั่วโลก ปัญหาสำคัญคือถุงมือส่วนใหญ่ถูกใช้ในภาคสาธารณสุขและมักจะถูกทิ้งทันทีหลังจากใช้งานเพียงครั้งเดียว กลายเป็นขยะปริมาณมหาศาลที่ยากต่อการจัดการ เพราะถุงมือเหล่านี้ผลิตจากโพลิเมอร์สังเคราะห์ ที่มีคุณสมบัติทางเคมีใกล้เคียงกับพลาสติก แต่ล่าสุดนักวิจัยหาทางเปลี่ยนถุงมือยางเหล่านี้ให้กลายเป็นวัสดุดักจับก๊าซคาร์บอน
ไซมอน คิลดาห์ล นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยอาร์ฮุส ผู้นำการวิจัย อธิบายว่า ในขณะที่ขวดพลาสติกสามารถรีไซเคิลได้ง่ายผ่านระบบรับคืน แต่ถุงมือยางเป็นวัสดุที่รีไซเคิลได้ยากและมักจะจบลงด้วยการถูกเผา ซึ่งการเผาทำลายนี้เองที่ทำให้เกิดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซพิษอื่น ๆ สู่ชั้นบรรยากาศ เป้าหมายของงานวิจัยนี้คือการเปลี่ยนวงจรของถุงมือยางจากการเป็นขยะที่สร้างมลพิษ ให้กลายเป็นวัสดุที่ช่วยดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แทน
กระบวนการเปลี่ยนถุงมือยางให้กลายเป็นเครื่องดักจับคาร์บอน เริ่มต้นจากการนำถุงมือมาบดเป็นชิ้นเล็ก ๆ จากนั้นจึงนำไปทำปฏิกิริยากับตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีพื้นฐานจากรูทีเนียม (Ruthenium) และก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งจะทำให้วัสดุเปลี่ยนสภาพไปจนสามารถดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากก๊าซไอเสียในโรงไฟฟ้าได้
ในเชิงลึกทางเคมี ทีมวิจัยได้เปลี่ยนกลุ่มไนไตรล์ (Nitrile groups) ในยางให้กลายเป็นกลุ่มเอมีน (Amine) ผ่านปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน ซึ่งกลุ่มเอมีนนี้เองที่มีความสามารถในการจับกับโมเลกุลของ คาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อสร้างเป็นคาร์บาเมต (Carbamates) และไบคาร์บอเนต (Bicarbonates) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
สิ่งที่น่าสนใจคือ นวัตกรรมนี้ไม่ได้เป็นเพียงการหลอมแล้วขึ้นรูปใหม่ แต่เป็นการดัดแปลงโครงสร้างทางเคมีเพื่อให้วัสดุมีบทบาทใหม่โดยสิ้นเชิง ทีมวิจัยยังได้ทดสอบโดยใช้ก๊าซไอเสียจำลองเพื่อพิสูจน์ว่าวัสดุจากถุงมือยางสามารถทำงานได้จริง ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนของโรงงานอุตสาหกรรม
คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการคือ วัสดุนี้สามารถฟื้นฟูสภาพได้ (Regenerated) เมื่อวัสดุดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จนเต็ม เพียงแค่ให้ความร้อนก็จะทำให้วัสดุคายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ออกมาเพื่อนำไปกักเก็บใต้ดินหรือใช้ในกระบวนการ Power-to-X หลังจากคายก๊าซออกไปแล้ว วัสดุก็จะกลับมาพร้อมใช้งานสำหรับการดักจับก๊าซรอบใหม่ได้ทันที
คิลดาห์ลชี้ให้เห็นว่า เทคโนโลยีนี้ช่วยลดการพึ่งพาน้ำมันดิบในกระบวนการผลิตวัสดุดักจับคาร์บอนแบบเดิม ๆ เนื่องจากการผลิตวัสดุใหม่มักจะต้องใช้วัตถุดิบจากฟอสซิล ซึ่งจะยิ่งสร้างปัญหาสภาพภูมิอากาศ การใช้ขยะที่มีอยู่แล้วจึงเป็นทางออกที่ชาญฉลาดกว่า
ในการทดสอบเปรียบเทียบภายใต้อุณหภูมิสูงถึง 90 องศาเซลเซียส วัสดุโพลีเอมีนจากถุงมือยางโชว์ประสิทธิภาพการดูดซับได้ใกล้เคียงกับวัสดุขั้นสูงอย่าง metal-organic framework (MOF) ที่ชื่อว่า CALF-20 เป็นผลลัพธ์ที่น่าประทับใจสำหรับวัสดุที่อัปไซเคิลมาจากขยะ
โทรเอลส์ สคริดสตรัป ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยอาร์ฮุสและสมาชิกทีมวิจัย ระบุว่าโลกต้องการวัสดุดักจับคาร์บอนจำนวนมหาศาลเพื่อบรรลุเป้าหมายของ IPCC เขาเชื่อว่าการนำขยะพลาสติกและยางที่มีปริมาณกว่า 400 ล้านตันต่อปีมาใช้ประโยชน์ คือหนทางที่ช่วยแก้ปัญหาทั้งวิกฤติขยะและวิกฤติสภาพภูมิอากาศได้พร้อมกัน
อย่างไรก็ตาม งานวิจัยนี้ยังอยู่ในระดับห้องปฏิบัติการ โดยมีระดับความพร้อมทางเทคโนโลยี (TRL) อยู่ที่ระดับ 3 หรือ 4 เท่านั้น ปัจจุบันทีมวิจัยสามารถทำปฏิกิริยาได้ในระดับกรัม และความท้าทายต่อไปคือการขยายผลไปสู่ระดับกิโลกรัมซึ่งจะมีปัญหาเรื่องการถ่ายเทความร้อนและการผสมที่ยากกว่าเดิม
เรื่องต้นทุนก็เป็นอีกหนึ่งอุปสรรคสำคัญ เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยารูทีเนียมที่ใช้อยู่ในปัจจุบันมีราคาค่อนข้างสูง ทีมวิจัยจำเป็นต้องหาทางเลือกอื่นที่มีราคาถูกลง หรือพัฒนาระบบที่สามารถนำตัวเร่งปฏิกิริยากลับมาใช้ใหม่ได้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อให้เทคโนโลยีนี้คุ้มค่าในเชิงพาณิชย์
เรจิส โกแว็ง ผู้เชี่ยวชาญด้านเคมีโพลิเมอร์และความยั่งยืนจากสถาบันวิจัยเคมีปารีส ให้ความเห็นว่างานวิจัยนี้เป็นการพิสูจน์แนวคิดที่ทำออกมาได้อย่างยอดเยี่ยม แต่เขาก็ยอมรับว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าในปริมาณมากยังคงเป็นโจทย์ใหญ่สำหรับการขยายขนาดไปใช้ในอุตสาหกรรมจริง
ทางด้าน เอนริโก อันเดรโอลี วิศวกรเคมีจากมหาวิทยาลัยสวอนซี กล่าวเสริมว่า งานวิจัยนี้นำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่สร้างสรรค์มากต่อโจทย์ที่ซับซ้อน เขามองว่าเป็นข่าวดีอย่างยิ่งที่ในอนาคตเราอาจสามารถผลิตวัสดุดักจับคาร์บอนจากขยะพลาสติกได้ และเชื่อว่าแนวทางการอัปไซเคิล คือกุญแจสำคัญสู่ความยั่งยืน
เทคโนโลยีใหม่นี้สอดคล้องกับเป้าหมายของ IPCC ที่ต้องการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ ออกจากชั้นบรรยากาศให้ได้ 5,000-16,000 ล้านตันต่อปีภายในปี 2050 การเปลี่ยนถุงมือยางให้เป็นทรัพยากรที่ช่วยปกป้องโลก แทนที่จะปล่อยให้มันเป็นภาระทางสิ่งแวดล้อม จึงเป็นทิศทางที่น่าจับตามองอย่างยิ่ง
ปัจจุบัน ทีมวิจัยยังคงเดินหน้าพัฒนาประสิทธิภาพของวัสดุอย่างต่อเนื่อง รวมถึงการเพิ่มความคงตัวทางเคมีเพื่อให้ทนต่อการใช้งานซ้ำในระยะยาว แม้จะยังต้องใช้เวลาอีกสักพักกว่าจะเห็นการใช้งานจริงในระดับโรงไฟฟ้า แต่ผลการทดลองเบื้องต้นก็นับว่ามีความหวังเป็นอย่างมาก
ทีมวิจัยเชื่อมั่นว่า หากพวกเขาสามารถพัฒนาการขยายขนาด ลดต้นทุน และเพิ่มสมรรถนะของวัสดุได้สำเร็จ เทคโนโลยีนี้จะสามารถยกระดับสู่เชิงพาณิชย์ได้ในอนาคตอันใกล้ ซึ่งจะช่วยเปลี่ยนขยะจากสถานพยาบาลทั่วโลกให้กลายเป็นอาวุธสำคัญในสงครามต่อต้านการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
ที่มา https://www.bangkokbiznews.com/sustainability/environment/1224010